CN101424791B - 一种单源光路的三维图像多方位悬浮显示装置 - Google Patents

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一种单源光路的三维图像多方位悬浮显示装置，属于图像显示技术领域中涉及的装置。解决的技术问题：提供一种三维图像多方位悬浮显示装置。技术方案包括：投影光学系统、反射镜、漫透射屏幕、视差障栅、特种镀膜反射玻璃、壳体等；处理电路用导线连光学引擎，光学引擎图像经投影光学系统传给第一反射镜，第一反射镜在上壳体对称中心上方；下壳体内下部的四块第二反射镜分别在水平和竖直中线上，下壳体内上部的四块漫透射屏幕在第二反射镜正上方平行摆放；漫透射屏幕上方与其平行安装视差障栅；在上壳体内的特种镀膜反射玻璃为等腰梯形，四块特种镀膜玻璃按前后左右以与水平成45°角摆放，上壳体在下壳体的上方，两者的对称中心在同一条轴线上。

Description

一种单源光路的三维图像多方位悬浮显示装置
技术领域：
本发明属于图像显示技术领域中涉及的一种三维图像多方位悬浮显示装置。
背景技术：
三维图像多方位悬浮显示的主要优点是图像的真实三维感和观看者的视点不受限制性，用户无需借助其它器具，可以围绕显示区域看到三维图像的信息，在宽广的视场和视距范围内随心所欲地边走边看，完全符合人类对真实场景的观看方式，能协助用户更快速、准确地进行感知。
与本发明最为接近的已有技术是丹麦兰博(RAMBOLL)公司——多方位三维显示(Cheoptics360)系统。该系统如图1所示，包括投影仪1和显示装置。显示装置包括屏幕2和反射镜3，观看者4在显示装置的外侧。显示装置的屏幕2是由形状大小相同的四个等腰直角三角形组成，屏幕2水平放置，大小相同的四个直角三角形组成一个正方形屏幕，四个直角三角形的顶点位于正方形屏幕的中心。投影仪1位于屏幕2的正上方，并位于正方形屏幕的中心轴线上；反射镜3也是由四块等腰三角形反射镜组成，每块反射镜的顶角顶点落在正方形屏幕2的中心并与其成45度角放置，四块反射镜3组成一金字塔形状。观看者4在显示装置外侧观察，观察高度与反射镜3的高度一致且正对反射镜3时观察效果最好。通过投影仪1可将影像投影到屏幕2上，屏幕2上的影像通过反射镜3反射到前方，被观看者4接收。由于对视频进行了处理，视频画面除三维物体外的部分为纯黑，因此，观看者4得到的视觉效果是：影像在金字塔的中央悬浮放映。
多方位三维显示(Cheoptics360)系统的缺点是：(1)所有方位的观看者看到的是同一幅画面；(2)三维图像只有心理景深而没有视觉景深，本质上还是二维图像。
发明内容：
为了克服已有技术存在的缺陷，本发明的目的在于解决真实三维物体悬浮显示的技术问题，促进三维图像显示技术的实用化。
本发明要解决的技术问题是：提供一种三维图像多方位悬浮显示装置。解决技术问题的技术方案如图2所示，包括：处理电路5、光学引擎6、投影光学系统7、第一反射镜8、第二反射镜9、漫透射屏幕10、视差障栅11、OCLI镀膜反射玻璃12、上壳体13、下壳体14和观看者15。在上壳体13的上方放置配套的投影光学系统，即处理电路5通过导线与光学引擎6连接，光学引擎6传出的二维图像垂直于投影光学系统7的主光轴，且于主光轴对称，第一反射镜8的反射面与投影光学系统7的主光轴成45°角摆放并且放置在投影光学系统7的像面上，同时，第一反射镜8的反射面位于上壳体13的对称中心的上方；安装在下壳体14内下部的四块第二反射镜9分别在下壳体14的水平中线和与水平中线垂直的竖直中线上，他们到对称中心的距离相等。安装在下壳体14内上部的四块漫透射屏幕10与第二反射镜9平行摆放，且在第二反射镜9的正上方，四块漫透射屏幕10的分布布局与第二反射镜9相同；在漫透射屏幕10的上方，与漫透射屏幕10平行安装视差障栅11，视差障栅条纹与漫透射屏幕像素列平行或正交；安装在上壳体13内的OCLI镀膜反射玻璃12为等腰梯形，共有四块，四块OCLI镀膜反射玻璃12按前、后、左、右以与水平成45°角度摆放，构成正四边梯形，梯形的大口端朝上，使反射成像能平行射入观察者15的眼中，观察者15距显示装置的距离由前述系统参数综合控制，通过控制参数可使观察者15在适当距离观察图像；上壳体13安装在下壳体14的上方，上壳体13和下壳体14的内腔相通且对称中心在同一条轴线上。
工作原理为：通过处理电路5接收外部PC设备传送的立体视频信号，并将视频信号进行处理转换为驱动光学引擎6的电信号，光学引擎6将电信号转换为光信号投射到投影光学系统7并由投影光学系统7投射到第一反射镜8，经由第一反射镜8反射的光线向下传播到第二反射镜9，第二反射镜9是前后左右四个方向搭成的反射体，由第二反射镜9再次反射，将光线聚焦到漫透射屏幕10，在漫透射屏幕10上形成的图像被视差障栅11进行透视分割，成为符合人眼立体视觉的若干像对，这些像对的虚像由特种镀膜反射玻璃12反射光线进入观看者15的眼中，从而形成在特种镀膜反射玻璃12内部的虚像，与此同时特种镀膜反射玻璃12透射出一部分背景光，使得形成的图像与背景环境相融合。
本发明的积极效果：该三维图像多方位悬浮显示装置，可多人、多角度、同时、裸眼观察，无需借助任何助视仪器的帮助，观察投影光学系统发出的图像，并给人以真实的立体感。由于显示屏幕为透明，使被显示图像极具空间感和震撼力。
附图说明：
图1是已有技术丹麦兰博(RAMBOLL)公司——多方位三维显示(Cheoptics360)系统示意图
图2是本发明的单源光路的三维图像多方位悬浮显示装置的结构示意图
具体实施方式：
本发明按图2所示的技术方案实施。其中，处理电路5采用FPGAXC5VLX330芯片，光学引擎6采用夏普(SHARP)公司的TFT-LCD，型号为LQ231U1LW21，光学引擎6具备低通滤波处理功能，以保证非成像区域无漏光现象。投影光学系统7采用德国蔡司所产凸透镜，第一反射镜8和第二反射镜9为德州仪器所产，漫透射屏幕10亦为德州仪器提供，可以是特殊加工的毛玻璃或者光学塑料板，其接收投影图像的同时亮度损失较少。视差障栅11为美国邦纳光栅，特种镀膜玻璃12采用美国OCLI镀膜反射玻璃，上壳体13、下壳体14为自行设计的框架，其材质采用表面镀铝的角铁，上壳体13的尺寸规格为6m×6m×1m，下壳体的尺寸规格5m×5m×2m。
视差障栅11上透光的隙缝方向平行于光学引擎6的像素列方向，当观看者14的双目处于显示屏前的特定区域时，通过视差障栅11的遮光效应使左右眼得以分别看见奇偶像素列所构成的图片，形成立体视觉效果。

Claims (1)

1.一种单源光路的三维图像多方位悬浮显示装置，包括反射镜，其特征在于还包括：处理电路(5)、光学引擎(6)、投影光学系统(7)、漫透射屏幕(10)、视差障栅(11)、OCLI镀膜反射玻璃(12)、上壳体(13)、下壳体(14)和观看者(15)；在上壳体(13)的上方放置配套的投影光学系统，即处理电路(5)通过导线与光学引擎(6)连接，光学引擎(6)传出的二维图像垂直于投影光学系统(7)的主光轴，且于主光轴对称，第一反射镜(8)的反射面与投影光学系统(7)的主光轴成45°角摆放并且放置在投影光学系统(7)的像面上，同时，第一反射镜(8)的反射面位于上壳体(13)的对称中心的上方；安装在下壳体(14)内下部的四块第二反射镜(9)分别在下壳体(14)的水平中线和与水平中线垂直的竖直中线上，他们到对称中心的距离相等，安装在下壳体(14)内上部的四块漫透射屏幕(10)与第二反射镜(9)平行摆放，且在第二反射镜(9)的正上方，四块漫透射屏幕(10)的分布布局与第二反射镜(9)相同；在漫透射屏幕(10)的上方，与漫透射屏幕(10)平行安装视差障栅(11)，视差障栅条纹与漫透射屏幕像素列平行或正交；安装在上壳体(13)内的OCLI镀膜反射玻璃(12)为等腰梯形，共有四块，四块OCLI镀膜反射玻璃(12)按前、后、左、右以与水平成45°角度摆放，构成正四边梯形，梯形的大口端朝上，上壳体(13)安装在下壳体(14)的上方，上壳体(13)和下壳体(14)的内腔相通且对称中心在同一条轴线上。
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